ОСОБЕННОСТИ ПОВЕДЕНИЯ ОЗОНОВОГО СЛОЯ НАД

ОСОБЕННОСТИ ПОВЕДЕНИЯ ОЗОНОВОГО СЛОЯ НАД РОССИЕЙ В 2011 г.
Анализ общего содержания озона (ОСО) выполнен по данным отечественной сети
фильтровых озонометров М-124 с привлечением данных мировой озонометрической сети,
поступающих в Мировой центр данных ВМО по озону и ультрафиолетовой радиации
(WOUDC) в Канаде, а также данных спутниковой аппаратуры OMI (США). Более подробная
информация о поведении ОСО в различные месяцы с указанием отдельных аномалий в
различные месяцы ежеквартально публикуется в журнале «Метеорология и гидрология».
ОСО является важнейшей характеристикой озонового слоя, которая определяет
поглощение ультрафиолетового (УФ) излучения Солнца в области длин волн 290-315 нм (так
называемая УФ-Б область). Количественно ОСО выражают приведенной толщиной слоя
озона, которая получилась бы, если бы весь содержащийся в атмосфере озон привести к
нормальному давлению и температуре 0° С. В среднем по земному шару она равна 3 мм, но
может изменяться от 1 мм (в Антарктиде в период весенней озоновой аномалии) до 6 мм (в
конце зимы – начале весны над Дальним Востоком). ОСО измеряют в так называемых
единицах Добсона (е.Д.); приведенная толщина слоя озона 3 мм соответствует 300 е.Д.
В целом за 2011 г. поле отклонений среднегодовых значений ОСО от нормы (рис. 1), в
основном, отрицательное и на большей части контролируемой территории отклонения ниже
-5 %. Для всех станций наблюдений ОСО эти отклонения лежат в интервале от -16 до +2 %.
Наибольший дефицит среднегодовых значений ОСО (-16 %) зарегистрирован на станции
Тура. Единственное превышение среднегодовых значений ОСО над нормой (+2 %)
зарегистрировано на станции Феодосия.
В течение 2011 г. отдельные существенные отклонения ежедневных значений ОСО от
нормы отмечались в январе, марте и апреле:
- с 21 по 23 января пониженные на 35-40 % значения ОСО на территории от
восточных районов Якутии до Чукотки включительно (270-305 е.Д.).
- с 15 марта по 23 апреля пониженные на 28-50 % значения ОСО над островами и
побережьем Северного Ледовитого океана, Красноярским краем, Иркутской областью,
Якутией и восточнее до Чукотки, Камчатки и Сахалина включительно, а также над Западной
и Центральной Сибирью и Казахстаном (233-300 е.Д.).
Долговременные изменения ОСО над территорией России иллюстрируются ходом
среднегодовых значений на отдельных станциях наблюдений (рис. 2). На всех российских
станциях ОСО в 2011 г. было заметно ниже, чем в предыдущем году, и близко к абсолютным
минимумам, которые наблюдались в период с 1992 по 1997 г. Ход ОСО в целом над
станциями наблюдений в России удовлетворительно согласуется со среднезональным ходом
ОСО в средних широтах Северного полушария (35–60° с.ш.).
Столь низкие среднегодовые значения ОСО в 2011 г. связаны с тем обстоятельством,
что весной в высоких широтах Северного полушария была зарегистрирована одна из самых
значительных озоновых аномалий за все время полувековых наблюдений. В течение
большей части своего существования она располагалась над обширными территориями на
севере западной и центральной Сибири (рис. 3). Близкая по характеристикам аномалия
наблюдалась лишь в 1997 г. По данным спутниковой аппаратуры TOMS/SBUV среднее в
широтном поясе 60-80о с.ш. ОСО в марте составило ~350 е.Д., до этого рекордно низкое
ОСО ~360 е.Д. здесь наблюдалось лишь в 1997 г. В отдельные дни ОСО в некоторых
областях опускалось почти до 230 е.Д. Низкие значения ОСО наблюдались на протяжении
всего года и в Западной Европе. Возникновение столь значительной озоновой аномалии
было обусловлено крайне редко наблюдаемой необычной динамикой Арктической
стратосферы в марте. Активность тропосферных планетарных волн была необычно слабой,
что привело к возникновению более холодного, чем обычно, сильного и стабильного
циркумполярного вихря, который разрушился сравнительно поздно – во второй половине
апреля. Внутри этого вихря общие потери ОСО составили примерно 130 е.Д.; на высотах 1820 км отношение смеси озона уменьшалось почти в 5 раз. Факт истощения озонового слоя
иллюстрируют вертикальные профили озона над станцией Салехард (рис. 4) в начале
аномалии (15.03.11) и в ее конце (13.04.11). Вместе с тем их сравнение с озоновой аномалией
2011 г. в Антарктиде (Южный полюс, 02.10.11) показывает, что по величине дефицита массы
озона арктические аномалии несопоставимы с антарктическими. Средние за февраль и март
температуры в Арктической полярной стратосфере были одними из самых низких
зарегистрированных температур, сравнимыми лишь с наблюдавшимися в 1997 г. (рис. 5)
Аномалия ОСО весной 2011 г. в высоких широтах Северного полушария не может быть
объяснена аномалиями таких связанных с климатом факторов, как Арктическое
(Североатлантическое) колебание, квазидвухлетние колебания, Эль-Ниньо - Южное
колебание. По мнению некоторых авторитетных зарубежных исследователей,
наблюдавшаяся аномалия ОСО обусловлена, в первую очередь, необычно теплой
поверхностью Тихого океана в субарктической области. Образовавшаяся в марте аномалия
обусловила пониженные значения ОСО и в последующие месяцы вплоть до конца осени,
хотя и не столь значительные. Это объясняется тем, что интенсивность меридионального
переноса озона из тропических озонопродуцирующих зон оказалась недостаточной для того,
чтобы полностью восполнить образовавшийся весной дефицит.
Как и в последние 25 лет, также имела место весенняя Антарктическая озоновая
аномалия (ВАОА) – с августа по декабрь. Основной объем данных о характеристиках ВАОА
(максимальная площадь, минимальное значение ОСО в ней и общий дефицит озона за время
существования ВАОА) получают с помощью спутниковых наблюдений аппаратурой
производства США и западноевропейских стран. Площадью, занятой ВАОА, считают
площадь территории, над которой ОСО меньше 220 е.Д., ее временной ход в 2011 г., по
данным НАСА, США, приведен на рис. 6. В отличие от арктических аномалий озона, где от
поверхности Земли до высоты 30 км наблюдается практически непрерывный рост отношения
смеси озона, ВАОА характеризуется провалом в диапазоне высот 14-22 км в вертикальных
профилях парциального давления p3 и отношения смеси озона r3 в 100 и более раз (рис. 4).
Показатели ВАОА 2011 г. уступают рекордным показателям ВАОА, наблюдаемым в конце
1990-х гг.; тем не менее, ВАОА 2011 г. была несколько сильнее средней за последнее
десятилетие и заметных особенностей не имела.
Прогноз сроков восстановления озонового слоя над Антарктидой сложен и плохо
предсказуем, в первую очередь, из-за недостаточного количественного (а возможно, даже и
качественного) понимания механизмов, обуславливающих основные характеристики ВАОА.
Хотя в 2011 г. появилась первая публикация, в которой сообщено об обнаружении признаков
восстановления озонового слоя в районе наблюдений ВАОА, представляется, что в
настоящее время возможно говорить лишь о стабилизации основных характеристик ВАОА.
По мнению ряда специалистов, первые статистически достоверные признаки восстановления
озонового слоя над Антарктидой появятся, вероятно, примерно через 10 лет.
С учетом того, что, во-первых, метеорологические условия 2011 г. в стратосфере
высоких широт Северного полушария оказались сильно аномальными и, во-вторых,
продолжающимся уменьшением содержания хлорфторуглеродов в стратосфере, в будущем
следует ожидать дальнейшего восстановления озонового слоя, в т.ч., над территорией
Российской Федерации.
Рис. 1. Поле отклонений (%) общего содержания озона от многолетних средних в целом за
2011 г. по данным озонометрической сети СНГ.
е.Д.
390
4
3
360
2
330
300
1972
1
1980
1988
1996
2004
Рис. 2. Ход среднегодовых значений ОСО на станциях наблюдений С.-Петербург (1; 60о N,
30о E), Екатеринбург (2; 57о N, 61о E), Якутск (3; 62о N, 130о E), Нагаево (4; 60о N, 151о E). За
период 1973-2006 г.г. использованы данные станций, за 2007-2011 г.г. – данные OMI.
Рис. 3. Поле общего содержания озона (е.Д.; вверху) в марте 2011 г. и его отклонения (%) в
2011 (в середине) и 1997 гг. (внизу) от соответствующих средних значений за 1978-1988 гг.
по данным WOUDC, Канада
Рис. 4. Профили вертикального распределения парциального давления озона p3 (1-3) и
логарифма его отношения смеси lg r3 (4-6) на станциях Салехард (67о N, 67о E) и Южный
Полюс (90о S) по данным Manney G. L., et. al. Nature 478, p.p. 469-475, 2011.
o
T, C
Февр
-50
Март
-60
-70
-80
-90
1985
1990
1995
2000
2005
2010
Рис. 5. Межгодовой ход среднемесячных температур в феврале и марте на уровне 30 гПа
(около 25 км) над Северным полюсом по данным Свободного университета г. Берлина,
Германия.
Рис. 6. Площадь весенней Антарктической озоновой аномалии в различные периоды времени
2011 г. по данным аппаратуры SBUV/2 с сайта NOAA, США (наибольшая ВАОА
наблюдалась в 1998 г.; для периода 2001-2010 гг. приведены средняя, максимальные и
минимальные площади ОСО для каждого календарного дня).